毕业设计（论文）-基于PLC的饴糖产品包装的流水线设计.doc

基于plc的饴糖产品包装的流水线设计摘要随着社会与经济的发展，科技的不断进步，各行各业在不断的向自动化发展。饴糖产业也有原先的纯人工生产发展到半自动化生产，有些有实力的公司已经发展成纯自动化生产。但是在饴糖产品的开发却没有饴糖生产发展的那么快，大部分饴糖公司对于饴糖的销售都是生产出来的饴糖直接销售给食品加工公司作为绿色发酵剂使用。但是饴糖还具有缓中，补虚，生津，润燥；治劳倦伤脾，里急腹痛，肺燥咳嗽，吐血，口渴，咽痛，便秘的功效。如果将饴糖进一步开发与包装，然后再直接销售到市场，这样公司对于饴糖产品的销售增加了一条新的渠道，因此饴糖产品的开发对饴糖公司以后的发展有着重大的意义。根据调查发现现在很多饴糖公司对于饴糖做了进一步的开发与研制，但是针对于这种产品的包装生产线还在采用人工包装，因此本设计对其产品进行自动化包装。关键词：plc，光电传感器，传送带，微波测微仪plc-based caramel product packaging line design目录前言.1一、设计要求.2二、控制器选择方案确定.22.1 方案比较.32.2 方案确定.4三、总的设计方案.53.1 包装流水线的基本机构.63.2 系统流程图.7四、电器元件的选择与元件的原理.84.1 电动机的选择.94.2 断路器的作用选择104.3 热继电器的选择114.4 微波液位仪的原理124.5 红外发光二极管的原理.134.6 罐装装置的工作原理.134.7 电器元件明细表14五、电气控制电路设计.155.1 自动控制过程.165.2 手动控制过程.175.3 罐装报警显示.185.4 计数设计19六、plc的设计.206.1 plc的选择.206.2 i/o端口的分配.216.3 plc外部接线图.226.4 控制面板图236.5 梯形图.24七、设计总结.25八、参考文献.26九、致谢词.27前言大学三年的学习结束了，我有幸到山东省嘉祥县饴糖公司进行实习工作，在实习工作期间我学会了很多自己在学校没有学到的知识，也接触了很多在学校没有接触到的东西，我在实习工作期间我感觉自己每天都在进步当中。进入公司后我被分配到设备研发部做设备研发技术员，这让我很高兴，因为我的工作能够用到我在学校所学的专业知识。我进公司的时候我们部门正在对饴糖生产设备进行检修与改进，有一位老员工带我，他是一名高级电气工程师，在对公司设备进行检修的时候他让我做一些我力所能及的工作，同时他还给我讲一些有关我们公司设备的电气知识，经过两个月的时间我学会了很多，同时也对于我们公司的设备有了一定的了解和认识，这让我感到很高兴，虽然每天的工作他们感觉是那样的枯燥乏味，但是我感觉我每天都很充实，因为我每天都在进步当中。在接下来的两个多月，公司的销售部门为了增加饴糖的销售量，提出了对饴糖做进一步的加工与包装的方案，因此要求我们设备研发部设计一套有关饴糖产品包装的流水线，我有幸的跟着带我的那位老员工参与了设计。现在大部分饴糖制造行业很少有公司对饴糖产品做进一步的加工与包装，因此这对于公司是一个很大的挑战，同时我们部门也有很大的压力。经过大家的商讨大家确立了初步方案，利用plc来来控制传送带，因为目前plc已经渗透到生活的各个方面，尤其是自动化控制，传送带广泛运用于我们的生活中，特别是工业生产中更是必不可缺。它被广泛应用在港口、电厂、煤矿、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小，结构简单。同时plc在皮带机上面的应用，使的皮带机的控制机构变得简单，运行更加可靠，同时维修起来也是十分的简单方便。同时还有人提出了用单片机来作为控制系统，还有人提出用工业控制计算机来作为控制系统。一、 设计要求（1）系统通过开关设定为自动操作模式与手动操作模式，一旦设备启动，则传送带的驱动电机启动并保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止，容器装满后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到传感器检测到下一个容器或停止开关动作。（2）当瓶子定位在灌装设备下时停止1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为10秒钟，在罐装过程中有显示灯作为报警显示，10秒钟后显示灯灭，知道罐装下一个容器时再次亮起。（3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，传感器检测空瓶与满瓶，并记录空瓶与满瓶的数目。同时系统可以手动对计数值清零。二、控制器选择方案确定2.1 方案比较（1）单片机控制单片机作为一个越大规模的集成电路、机构上包括cpu、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部i/o接口电器上、硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。（2）工业控制计算机控制工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部i/o接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷 电路板上引出，不如接线端子可靠。（3）plc控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自已设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和热线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可骗程控制（plc）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，plc也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在plc已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由plc为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置。2.2 方案确定通过对多种设计方案的比较，决定选择可编程控制系统，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造。和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单。工业控制计算机控制系统性能先进，但是价格昂贵，系统复杂，对于本系统而言实在是大材小用。综上所述，本次设计应选择plc控制更为合理。三、总的设计方案3.1 包装流水线的结构整个包装流水线有主传送带、次品传送带、罐装装置、推动装置、定位传感器、次品检测传感器等装置组成。电动机的启动与停止，罐装装置的上下移动，次品的检测以及推动装置都是有plc来控制的。该包装流水线由传感器实时监控，由plc控制，控制准确，自动化程度高。其整个包装流水线的结构图如下图1、图2、图3：图1图2图33.2 系统流程图四、电器元件的选择与元件的原理4.1电动机的选择电动机m1的型号为y132m-4，额定电压为交流380v，额定电流为15a，频率为50hz，功率为7.5kw，转速为1440r/min。电动机m2的型号为y90s-4，额定电压为交流380v，额定电流为2.8a，频率为50hz，功率为1.1kw，转速为1440r/min。电动机m3的型号与电动机m2的型号一样即可。4.2 断路器的作用以及选择断路器的作用：切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器需要开断电压为1500v，电流为1500-2000a的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题，吹弧熄灭弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。断路器的选择：（1） 空开额定电压大于等于线路的额定电压；（2）空开额定电流大于等于线路的负载电流；（3）空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣整定值时，空开瞬间跳闸，一般d型代号的空开出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。）也就是说短路跳闸而电动机是可以避开的。根据三个电动机的额定电流，选择断路器qf1、qf2、qf3的型号如下表所示，并根据plc和变压器选择qf4和qf5的型号。4.3 热继电器的选择主电机m1的额定电流是15a，fr1可选用jr16，热元件的电流为20a，电流整定范围为14-22a，工作时的将额定电流调整为15a；同理fr2可选用jr10-10型热继电器，热元件电流为2a，电流整定范围为0.45-2a，工作时将额定电流调整为1.1a。fr3的型号与fr2相同。4.4、微波液位仪的原理微波液位仪的原理图如下图所示：相距为s的发射天线和接收天线，相互构成一定的角度。波长为的微波从被测液而反射进入接收天线。接收天线接收到的微波功率将随着被测液面的高低不同而异，接收天线接收到的功率p0，p1为发射天线的发射功率，g1为发射天线的增益，g0为接收天线的增益，d为两天线与被测便面间的垂直距离。当发射功率、波长、增益均为恒定值时，计算p0式子中的k1为取决于发射功率、天线增益与波长的常数；k2为取决于天线的安装方法和安装距离的常数，由上式可知，只要测到接收功率p0就可以得到被测液面的高度。4.5 红外发光二极管的原理常用的红外发光二极管（如se303、ph303），其外形和发光二极管led相似，发出红外光（近红外线约0.93m）。当红外线接收管受到红外线照射时，其本身电阻值很小，呈低阻态，这时候电路导通。当红外发射头与接收管中间没有物品挡住时红外管接收到红外线照射时，呈现低电阻，发出一个高点平信号；当红外发射头与接收管中间有物品挡住时红外管接收到红外线照射时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的电阻，电路断开，这时红外接收管发出一个地电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。4.6 罐装装置的工作原理罐装装置的运作是通过电磁阀和电动机来控制的。电磁阀采用比例电磁阀，其原理是利用比例电磁铁的输出电磁能力，使液压力和流量连续地、按比例跟控制信号而变化。直动式电磁阀，通电时，电磁阀线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。其罐装装置的特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但是有一点要注意，流出液体的通径不要超过25mm，一旦超过之后后果很难去想象。4.7电器元件明细表五、电气控制电路设计电气控制电路原理图如下图：上图中断路器qf1、qf2、qf3、qf4、qf5将三相电源引入，同时qf1、qf2、qf3、qf4、qf5为电路提供短路保护。电动机的过载保护分别由三个热继电器提供。系统通过按钮设定为自动操作模式与手动操作模式。5.1 自动操作模式一旦系统启动后，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装装置线的传感器检测到一个容器时停止；容器装满饴糖产品后，传送带启动，并保持到检测到下一个瓶子或停止开关动作。5.2 手动操作模式手动模式下，由sb2按钮控制启动传送带电动机，到达罐装装置下方时，松开sb2，再按下按钮sb3，罐装装置开始动作，通过定时器控制灌装时间，罐装时间到达后，整个流水线停止，直到再次按下启动按钮，流水下才动作。手动模式可以用于自动模式启动前做为系统调整。5.3 罐装报警显示当罐装装置开始罐装饴糖产品时，报警显示装置得到plc的输出信号，此时，报警灯亮，10s后容器装满后，报警显示灯熄灭。5.4 计数设计计数过程需记录满瓶数和次品瓶数，主要是以发光二极管和微波液位计作为传感器，记录所有瓶数的计数原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。计数装置由8个十进制计数器组成，当计数到99999999时，在计数一次，计数器溢出，计数最多不超过99999999。记录次品瓶数目的技术原理是当检测到有次品时，微波接收装置发出信号给plc，plc的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次品瓶数便得到已装满的瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中，这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数是低电平，按下复位按钮后，复位端变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。六、plc的设计6.1 plc的选择plc的品牌有很多，比如欧姆龙系列、西门子系列、三菱系列等，现在大多数工业上应用的是西门子系列与三菱系列的plc，在这我们选用了三菱系列，三菱系列的plc也有很多的类型，比如基本单元(主机)有fx0、fx0s、fxon、fx1、fx2、fx2c、fx1s、fx2n、fx2nc9个系列，但是最近推出小型机fx2n高功能整体式小型机，它体积小，同时fx2n系列的plc具有数十种编程软件。第一部分是代表功能的字母。例如如果继电器用“x”表示、输出继电器用“y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件序号。根据这次我们设计输入输出设备以及i/o点数，选择fx2n-16mr-001型的plc。6.2 i/o端口的分配i/o端口的分配表如下表：6.3 plc外部接线图6.4 控制面板图根据这次设计要求以及考虑到工人的工作要求，设计控制面板布置情况如下图所示：6.5 梯形图七、设计总结通过这次设计，我学到了很多知识，我学会了微波液位仪的原理以及罐装装置的工作原理，以前在学校没接触到微波液位仪，在这次设计中我不但知道了它的工作原理，而且我还